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GH24-2型电动自行车充电器原理与故障检修
作者： 徐涛
CH24一2型充电器是作为电动自行车用的铅酸蓄电池及锂电池充电使用的，其输入参数是:AC1O0V-250V(50/60H2l/0.12～0.08A;输出参数:DC24V/O.1～2.5A，其工作原理图如附图（笔者依实物所绘）所示。现简介其工作原理及故障检修，供参考。 一、工作原理分析 由附图可知，该型充电器从其电路结构来说，可分为以下两部分: l·AC/DC转换电路 ACZ2OV电压经保险管Fl、色温度系数电阻NTC加到由Dl-D4组成的整流桥上，整流后的脉动电压经Cl滤波后行成相对平滑的300V左右直流电压，向电路后级提拱能量。图中，CO、RO组成电源低通滤渡器抑制来自外网电源的高倾干扰和防止开关电源本身产生的高频干忧进人电网。热敏电阻NTC冷杰时电阻值较大，通电发热后阻值显著变小，用以减小电网电压的冲击，起到开机瞬间限流保护作用。 +300V左右电压分成两路，第一路经Tl初级线圈Nl加到场效应开关管Q1的漏极。第二路经启动电阻Rl2及R13后加到U1的⑦脚，并同时对C14充电，当电压上升到开启电源电压l6V时，Ul启动工作，C5、R4与Ul内部电路形成的锯齿波振荡器开始起振(振荡频率为l5kHz），从Ul的⑥脚输出驱动脉冲，该脉冲经R8加至Ql栅极，决定功率场效应管Ql导通时间，以控制输出电压的高低及充电电流的大小。R8的作用是抑制寄生振荡，它直接影响QI的开关速度。Ql工作后，其源极电流经R2到地，电路正常起振。同时Tl线圈N3产生感应电压，经D7整流、R14限流及Cl4滤波后给Ul提供供电电源。 Ul是固定频率单端电流输出的脉宽调制器，它是由两个闭坏控制回路组成:一是该充电器的输出电压经取样、反馈到误差放大器的反相输人瑞②脚，其输出送到电流检测比较器反相输人瑞作为比较基准，构成电压闭环控制;另一个是从Tl初级线圈Nl中的电流(即流过开关营的电流）经取样电阻R2后进人电流检测比较器同相输入揣③脚，与误差电压进行比较后产生调宽脉冲，构成电流闭环控制。Ul②脚外围的RlI、R6、Cll，光藕U2以及U3内部的比较器1、比较器4等共同构成电压闭环控制电路。Rll的作用是将光电偶合器U2输出的电流信号转化成电压信号以送入误差放大器的反相输入端②脚R6、Cll的作用是将Ul内部误差放大器的输出反馈至②脚，以控制其增益·。 该部分的保护电路主要有以下几部分组成:一是集成在Ul内部的过流、欠压等保护电路，其中，当Ul⑦脚 VDD端电压＜lOV时，欠压保护动作，内部PWM锁存器关闭，电路停止工作;过流保护是由Ul③脚及其外围元件Rl、R2及C7决定的。R2为限流取样电阻，它决定了整个开关电源的最大输出电流值。RI、C7的作用是脉冲滤波，以去除干扰。当开关管Ql的(D-S）流过电流大于保护动作值时，Ul③脚内部电路触发，PWM锁存器关闭，UC3842不工作，则开关管Ql截止，对电源进行保护。二是尖峰吸收回路，主要由R7、ClO和D5构成，目的是消除开关管从饱和状态转为截止状态时，在绕组Nl下端产生的瞬间反峰电压，避免该电压叠加在直流电压上，将场效应开关管损坏。三是由Fl独立完成的整机过流及负温度系数热敏电阻NTC构成的开机瞬间限流保妒。 Tl的线圈N2产生的电压经Q2整流、Cl6及C18滤波得到稳定的电压。此电压既向电池充电同时又为集成运放U3提供工作电源。R31(1Ω/2W）的作用是次级负载的限流电阻，防止因蓄电池严重损坏而造成充电输出回路短路，同时也是充电控制回路的取样电阻。 2·充电监测及控制 该部分的功能是由集成运放U3（LM324)及其外围元件来完成的。U3用以监视电池充电的不同状态，并通过U2来控制U1在不同充电状态下来调整开关电源的输出，以适应充电电流的变化。电路中U3的②、⑥、⑩及⑿脚是各比较器的基准电压端，其中⑥脚直接由VZ（5.6V）稳压获得，而其余各脚由相应电阻分压获得。比较器4的同相输入端12脚与比较器3的反相输人瑞9脚是充电状态检测输入端。R3l是电流检测电阻，即取样电阻，具体过程可分为空载状态(充电器通电但未接入蓄电池)、充电状态(蓄电池接入)及充满状态(充电完毕)，下面简单加以分析。 ⑴空载状态 即充电器接入市电而充电座上未插上待充电电池时。此时电流检测电阻R3l流过的电流非常小，且上压降极小，则U3内部比较器4的同相输入端12脚与比较器3的反相输入揣9脚的电压均低于其对应的另一脚的电压，即V12(V13、V9＜V10，则比较器4的输出端，14脚为低电平，D8截止，故不对U2内部发光管的变化起控制作用。比较器3的输出揣8脚为高电平，并通过电阻R37加到比较器2的同相输入瑞5，脚，则5脚电压高于其反相端6脚电压，使比校器2的7脚输出高电平，该高电平使Z1截止，即充电指示灯D12(红)不发光，+24V经过R3O、D11(绿)迫使Z5击穿导通，使D11(绿)正常发光(这也表明充电器电路正常，可以投人充电使用)。同时8脚的高电平还通过R33使D10截止，则运放l的同相输入端3脚通过Rl9、R2I与R22对+24V分压获得高电平，即该脚电压高于基准端2脚电压，使比较器1的输出脚1端送出高电平,该电平使D9导通，通过Rl5加到U2内部发光管上，从而调整Ul的输出脉宽使开关电源次级输出稳定。 (2)充电状态 即已把车用蓄电池接入。当接人电池后，由于充电电流较大，此时电流检测电阻R3l上压降比较大，则U3内部比较器4的同相输人瑞12脚与比较器3的反相输人瑞9脚的电压均高于其对应的另一脚的电压，即V12＞V13、V9＞V10，则比较器4的输出端14脚为高电平，D8转为导通，并遍过Rl5加到U2内部发光管上，从而调整Ul的输出脉宽使开关电源次级稳定在大电流工作状态。比较器3的输出端8脚为低电平，此低电平使比较器2的同相输入端5脚电压低于其反相端6脚电压，即比较器2的7脚输出低电平,该低电平使Z1导通，则充电指示灯D12(红)发光，+24V经过R3O、D12(红)及U3内部回流至地;Z5不能被有效击穿导通，即D11(绿)熄灭，表示充电正在进行中;同时8脚的低电平还通过R33使DlO导通，则运放l的同相输入端3脚被钳制为低电平，低于基准端2脚电压,则比较器l的输出脚1端送出低电平，该电平使D9截止，不对U2内部发光管的变化起控制作用。 (3)充满状态 随着充电地进行，电池俩端的电压不断升高，充电电流逐渐减小,电流检测电阻R3l上压降也逐渐降低，最终又使U3内部比较器4的同相输人瑞12脚与比较器3的反相输人瑞9脚的电压均低于其对应的另一脚的电压，即V12＜V13、V9＜V10，比较器4的输出端14脚再次转为低电平，D8截止，不再对U2起控制作用。比较器3的输出端8脚同样再次翻转为高电平，并使比较器2的同相输入端5脚电压高于其反相端6脚电压，其7脚输出高电平，该高电平再次迫使Z1截止，充电指示灯D12(红）不发光，+24V又经过R30、Dl1(绿)使Z5有效击穿导通，D11(绿)正常发光，表明充电器过程结束。8脚的高电平同样使D10截止，运放l的同相输入端3脚再次获得高电平且高于基准端2脚电压，比较器1的输出脚1端复又送出高电平，使D9导通，恢复对U2的控制作用，使其调整Ul的输出脉宽以使开关电源次级在有蓄电池的情况下保持稳定。上述过程会随着蓄电池电压的变化随时发生反转，不断循环，直至稳定。 注:在上述充电的不同状态过程中，Ul、U3集成电路实测电压值及在路对地电阻值分别如表1、表2所示。 电阻值采用MF47型万用天Rxlk挡测得(正向电阻表示红笔接地黑笔测量;反向电阻则为黑笔接地红笔测量);电压值采用FLUKE-Ul7B数字万用表自动挡测得。
二、故障检修 [例l)充电器通电后无电压输出，电源指示灯不亮， 分析检修:根据经验，应该是充电器开关电源部分工作不正常。将充电器打开，首先检查保险管Fl烧断，限流电阻R3I正常,再测Cl两端及次级输出两端也没有短路现象,Q1也正常。于是给充电器加电检测，在测量Ul各脚电压时发现7脚电压仅为O.5V，可见Ul根本不具备工作条件。于是断电测量其周围元件，发现Cl脚对地电阻正反向电阻均为几十欧姆左右(明显异常），将7脚脱开印板再测还是如此。可见Ul已经损坏，将其更快后通电再测7脚电压已符合附表中所列数值，充电器恢复正常。注:需要注意的是7脚外围的启动元件（如Rl2，Rl3及C14）不正常或损坏也会造成Ul不能工作。 (例2）充电器通电后电源指示灯不亮，不能充电。 分析检修:打开充电器进行检查，发现保险管Fl烧断，Ql已击穿，变压器T次级端限流电阻R31正常。拆掉Q1测Cl两端及Ul各脚在路电阻均正常，将Fl及Ql更换后充电器通电，电源指示灯正常点亮，输出电压也正常。但是刚把蓄电池连接好只见红色充电指示灯闪一下就灭了，再进行检测发现Ql再次击穿损坏，但是手摸Ql并不感觉到过热，这说明应该是Ql的反峰保护元件有问题（即R7、ClO及D5中某个或多个损坏)。根据经验D5(1N4007)的可能性最大。因为用作保护的阻尼二极管必须选用快速恢复型二极管(如常见的FR107等），以保证有非常快的速度开通，将晶体管集电极峰值电压钳位到安全值。而1N4007这类普通硅整流二极管的响应速度根本达不到要求，实际上很难起到阻尼保沪作用。将其用FRl07更换后故障彻底排除。    作者：辽宁 徐涛 （《电子报》2011年1期）
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